耗能功率可调型直流耗能装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种耗能功率可调型直流耗能装置，包括至少两个H桥型子模块串联构成的耗能阀、电抗器和耗能电阻。还公开了一种基于晶闸管H桥子模块级联的耗能功率灵活可调型直流耗能装置控制方法，通过控制子模块电容电压的幅值或子模块投入的数量，改变集中耗能电阻上的分压，进而改变耗能装置消耗的功率，实现其在耗能过程中消耗能量的速度可以灵活调整，本发明专利技术装置性价比高，控制简单且耗能灵活易于实现。现。现。

【技术实现步骤摘要】
耗能功率可调型直流耗能装置及控制方法


[0001]本专利技术属于大功率电力电子变流
，具体涉及一种晶闸管H桥子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置及控制方法。

技术介绍

[0002]在高压直流输电系统中，直流耗能装置是至关重要的设备。直流耗能装置主要发挥作用于新能源电场向远端输送电力的系统中，当受端发生故障时，由于功率无法被交流系统吸收，会导致直流侧能量的累计，进而造成直流输电线路和换流站内设备的运行电压升高，严重时还会导致换流站的闭锁，造成大量功率损失的同时对设备的安全运行也会造成一定程度的危害。
[0003]在目前现有技术中，常用的技术方案为采用功率半导体器件IGBT直接串联集中耗能电阻或者与电容、电阻配合后等效为可分压式直流开关构成耗能装置的方案，该方案由于器件特性的约束，不可避免的需要数百个IGBT单元和对应的辅助器件，所以成本上投资较大且发生故障的概率也会随之增加，同时IGBT的静态均压、开端频率和同开同断问题也是此类装置的一大弊端，一旦出现偏差会直接导致该器件击穿。
[0004]现有技术方案提出以多个耗能单元构成直流耗能装置，但是存在器件数量多，成本高，故障概率高等缺陷，如专利CN109546674A以功率半导体器件IGBT和直流电容搭配电阻和二极管等器件构成耗能单元，每个耗能单元包括至少两个IGBT，两个电阻，两个反并联二极管以及直流电容和均压电阻等器件，单个耗能单元成本较高，且除了多个耗能单元串联后构成的直流耗能装置存在IGBT同开同断和开关频率不能过高的限值，还因为IGBT的承压能力较低，所以每个耗能单元中的电容电压幅值有严格限值，随之造成整个耗能装置必须由数百个耗能单元串联而成，发生故障的概率大大增加，且该耗能装置在直流系统正常运行时，耗能单元电容中存储有电荷，即存在热备用状态，不仅造成一定的功率损失，同时还增加了耗能装置发生故障的概率，虽然每个耗能单元有机械开关作为保护装置，但是一旦有耗能单元发生故障后，其他耗能单元的开关频率会上升，进而形成不利的连锁反应。
[0005]为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种成本低、无需热备用、装置可靠性高的解决方案。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种晶闸管H桥子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置及其控制方法，耗能装置并联在直流系统两极之间，采用由H桥型子模块串联构成的耗能阀再配合耗能电阻的方式，完全采用晶闸管器件，大大减少了子模块的数量和耗能装置的成本，同时提高了耗能装置的工作可靠性，简化了耗能装置的控制逻辑；在耗能装置工作时可以灵活的改变消耗的功率的大小将直流电压控制在预期范围内以适应直流系统的复杂故障类型。
[0007]本专利技术一方面提供一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装
置，其特征在于，所述耗能装置包括至少两个同方向的H桥型子模块、电抗器和耗能电阻，所述至少两个同方向的H桥型子模块、电抗器和耗能电阻串联连接于直流系统两极之间；所述每个H桥型子模块由直流电压支撑部分和四组桥臂晶闸管组合构成；其中，第一桥臂与第二桥臂串联，所述直流电压支撑部分一端接于第一桥臂和第二桥臂之间，第三桥臂和第四桥臂串联后与第一桥臂和第二桥臂并联，所述直流电压支撑部分的另一端接与于第三桥臂和第四桥臂之间；所述第一桥臂和第三桥臂公共端连接于所述直流系统高电位，所述第二桥臂和第四桥臂公共端连接于所述直流系统低电位。
[0008]在一种可实施方式中，所述至少两个同方向的H桥型子模块串联连接构成耗能阀，所述耗能阀与所述电抗器和耗能电阻串联构成所述耗能装置。
[0009]在一种可实施方式中，所述每个H桥型子模块与所述电抗器和耗能电阻串联构成耗能子模块，多个所述耗能子模块串联连接构成所述耗能装置。
[0010]在一种可实施方式中，所述直流电压支撑部分由自放电晶闸管组与自放电电阻串联后作为整体与电容并联构成。
[0011]在一种可实施方式中，所述每组桥臂晶闸管和所述自放电晶闸管组均由若干晶闸管顺向串联构成。
[0012]在一种可实施方式中，所述每个H桥型子模块都并联有分压电阻。
[0013]在一种可实施方式中，所述每组桥臂晶闸管和所述自放电晶闸管组都并联有分压电阻。
[0014]在一种可实施方式中，所述每个晶闸管都并联有分压电阻。
[0015]本专利技术另一方面提供一种晶闸管H桥子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置控制方法，其特征在于：当所述耗能装置工作在耗能状态时，所述方法包括如下步骤：
[0016]步骤1：根据耗能要求设置所述H桥型子模块电容正向充电电压阈值，第二桥臂和第三桥臂持续导通期间，系统为电容正向充电直至电容电压达到所述正向充电电压阈值，此过程中第一桥臂和第四桥臂承受电容两端正压；
[0017]步骤2：所述H桥型子模块正向电压达到所述正向充电电压阈值后，同时触发第一桥臂和与自放电电阻串联的晶闸管组使所述H桥型子模块电容处于通过内部放电电阻放电、第一桥臂和第二桥臂不经过子模块电容直接导通。
[0018]步骤3：当所述H桥型子模块电容自放电到自放电电压阈值时，第四桥臂给予脉冲并导通，第二阀臂承受所述电容的所述自放电电压阈值的反压而关断，此后电流流通通路为第一桥臂、电容、第四阀臂。
[0019]步骤4：当所述H桥子模块电容电压反向后，与自放电电阻串联的晶闸管组由于承受来自所述电容的反向电压而关断，当电容反向充电到反向充电电压阈值时，给第二桥臂和第三桥臂晶闸管组施加触发脉冲，第四桥臂晶闸管由于承受所述电容的反向电压而关断，所述电容先反向放电后正向充电。
[0020]在一种可实施方式中，通过所述至少两个H桥型子模块的所述电容充电、自放电在时序上的相互配合使耗能装置两端电压近似为恒定直流电压。
[0021]在一种可实施方式中，当直流系统正常运行时，耗能装置不需要参与耗能，所述耗能装置中的所有晶闸管全部不提供脉冲信号，处于阻断状态，耗能装置不消耗功率；
[0022]随着线路直流电压上升，耗能装置两端的直流电压同时上升；利用均压电阻均衡
每个晶闸管上的电压，使其处于器件允许范围内；
[0023]所述H桥型子模块中的所述电容两个极板间电位差为零。
[0024]在一种可实施方式中，当所述耗能装置工作在耗能状态时，根据耗能功率指令的要求，可以通过改变所述H桥型子模块工作的数量或者所述H桥型子模块的所述电容电压的正向充电电压阈值来改变耗能阀两端的直流电压，从而改变所述耗能电阻上的分压。
[0025]在一种可实施方式中，所述控制方法还包括：通过改变所述H桥型子模块电容正向充电电压阈值，来改变所述耗能电阻上的分压，从而当所述直流系统耗能要求高时，所述耗能电阻上分压变大，耗能增大，当所述直流系统耗能要求低时，所述耗能电阻上分压变小，耗能减少。
[0026]在一种可实施方式中，当所述耗能装置在接收到退出运行指令时，所述控制方法还包括如下步骤：
[0027]步骤1：调整所述H桥型子模块电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于，所述耗能装置包括至少两个同方向的H桥型子模块、电抗器和耗能电阻，所述至少两个同方向的H桥型子模块、电抗器和耗能电阻串联连接于直流系统两极之间；所述每个H桥型子模块由直流电压支撑部分和四组桥臂晶闸管组合构成；其中，第一桥臂与第二桥臂串联，所述直流电压支撑部分一端接于第一桥臂和第二桥臂之间，第三桥臂和第四桥臂串联后与第一桥臂和第二桥臂并联，所述直流电压支撑部分的另一端接与于第三桥臂和第四桥臂之间；所述第一桥臂和第三桥臂公共端连接于所述直流系统高电位，所述第二桥臂和第四桥臂公共端连接于所述直流系统低电位。2.如权利要求1所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述至少两个同方向的H桥型子模块串联连接构成耗能阀，所述耗能阀与所述电抗器和耗能电阻串联构成所述耗能装置。3.如权利要求1所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述每个H桥型子模块与所述电抗器和耗能电阻串联构成耗能子模块，多个所述耗能子模块串联连接构成所述耗能装置。4.如权利要求1至3任一项所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述直流电压支撑部分由自放电晶闸管组与自放电电阻串联后作为整体与电容并联构成。5.如权利要求4所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述每组桥臂晶闸管和所述自放电晶闸管组均由若干晶闸管顺向串联构成。6.如权利要求5所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述每个H桥型子模块都并联有分压电阻。7.如权利要求6所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述每组桥臂晶闸管和所述自放电晶闸管组都并联有分压电阻。8.如权利要求7所述的一种晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置，其特征在于：所述每个晶闸管都并联有分压电阻。9.一种基于权利要求1
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8任一项所述的晶闸管H桥型子模块级联的耗能功率可调型直流耗能装置的控制方法，其特征在于：当所述耗能装置工作在耗能状态时，所述方法包括如下步骤：步骤1：根据耗能要求设置所述H桥型子模块电容正向充电电压阈值，第二桥臂和第三桥臂持续导通期间，系统为电容正向充电直至电容电压达到所述正向充电电压阈值，此过程中第一桥臂和第四桥臂承受电容两端正压；步骤2：所述H桥型子模块正向电压达到所述正向充电电压阈值后，同时触发第一桥臂和与自放电电阻串联的晶闸管组使所述H桥型子模块电容处于通过内部放电电阻放电、第一桥臂和第二桥臂不经过子模块电容直接导通。步骤3：当所述H桥型子模...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春义，李佳硕，海正刚，赵成勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：